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冲出银河系:未来的人类将如何在星际间穿梭?


在上一篇文章《光速是极限,那人生百年就永远被困在100光年以内了?》里,我告诉大家虽然虽然光速物体运动的极限速度,但是当运动的速度接近光速的时候,尺缩钟慢效应将变得非常明显,从而可以让人在一年甚至更短的时间内到达千万光年以外的地方,在文章的末尾看到了冲出银河系的希望。

但是,理想很丰满,现实一般很骨感。 上一篇文章了我们只是做了一个定性的分析,知道接近光速的时候会出现这种效应,这篇文章我们先来给大家做一个定量的计算,先来直观的感觉一下要达到这样的效果需要什么样的代价。

尺缩钟慢系数

从上一篇文章的分析中,我们很容易知道这个尺缩系数和钟慢系数应该是一样的。从地面上看飞船,飞船上的人时间慢了多少倍,那么飞船上的人看前方,空间就应该相应的缩减了多少倍。这样才符合计算,才不会违背因果律,才不会出现一些这边的人看你还没有出发,那边的参考系的人就已经到了的情况。

不卖关子,速度为v的钟慢尺缩系数的公式如下:

这是什么意思呢?假如飞船的速度的光速的80%,也就是0.8 c ,这个钟慢系数为:

也就是说地球上过去了10个小时,飞船上才过去6个小时。(是不是感觉有点小失望?都0.8倍的光速了,结果才换回了这么点变化~)

假设速度是0.995c,钟慢系数算出来大概是0.1,也就是地球上过去了10小时,飞船上才过去1小时。

按照我们上一篇的美好愿望:如果要在100年之内冲出银河系(假设要飞5万光年),那么这个钟慢系数最低必须达到0.002。根据上面的公式,如果要达到0.002的钟慢系数,那飞行速度得到达0.99998c,如果想要一年之内冲出银河系,这个数字我不想算了(其实是不敢想了),你们自己去算。

到达这种级别的速度需要消耗的能量是相当惊人的。我们先看点实际的,人类目前飞的最远的探测器旅行者1号大概是18公里每秒,跟光速的30万公里每秒差了将近两万倍。当然,如果是要加速,人类肯定还是有办法加速的,但是要把飞船加速到光速这个级别,起码得掌握核聚变的能量吧。

《太空旅客》里的核聚变飞船

16年12月上映的科幻电影《太空旅客》里就讲述了一艘核聚变动力的飞船以0.5c的速度前往大约70光年外的星球,很显然,这个速度下的钟慢效应是帮你省不了多少时间的。但是,0.5c的速度前往70光年外的地方,怎么着也得120来年吧,这么长的时间内人早挂了,那怎么办呢?

解决方案估计大家也很清楚,那就是:休眠

通过一些技术手段让身体冷冻休眠,让身体的新陈代谢全部终止,这样你就可以永葆青春,永远不会变老,休眠前后你的身体不会有任何的变化,而且,休眠的时候旅行者也不会有任何感觉,包括梦。

所以这种过程对旅行者而言还是很友好的,他只要进入休眠期,让飞船自己飞120年,120年之后再唤醒自己。整个过程对旅行者自己而言就是眼睛一闭一睁,70光年外到了。

这种方式的星际旅行可以说对技术要求是最低的。低温休眠技术可以说现在就已经比较成熟了,已经有公司提供这样的冷冻服务,它可以把一些身患绝症的人或者刚刚死亡的人冷冻保存起来,希望等到未来科技发达到可以解决这些绝症的时候再把他们唤醒。

至于核聚变技术,人类目前唯一使用核聚变的地方就是氢弹,但是氢弹是不可控的,人要要利用核聚变产生的核能作为飞船的推动力,显然必须要让核聚变可控。在这一领域,技术上走在最前面的是中国,中国已经能够稳定控制核聚变达一分钟左右,在未来的几十年里应该可以掌控这股力量。

当然,也有人说我可以不利用核聚变,使用更加高级的诸如反物质引擎之类的,但是不管你用什么推进,原理上都跟这个差不多。

所以,我们这代人搞不好还有机会去外星溜达一下。希望总是要有的,万一实现了呢~

《星际穿越》里的虫洞

上面也说了,通过核聚变+休眠的方式实现的星际旅行技术上是最容易实现的,但是效果嘛,肯定就不那么理想了,毕竟这可是要实打实的花好久。万一要去的地方非常远,比如上万光年,你还真的能休眠这么久?中间飞船稍微出了一点问题你还怎么玩?

诺兰的《星际穿越》给我们展示了另外一种技术含量高一档的穿梭方式:虫洞。因为时空是弯曲的,所以我们可以在弯曲的时空中间打个洞,这样就相当于抄了一条近路,可以大幅度的节省时间。

目前人类貌似还没有发现真正的虫洞,就目前的技术而言,想制造一个虫洞,并维持它的稳定(让飞船能有足够的时间从虫洞中穿过去)还差的太远了,几百年后看有没有希望吧,这辈子我是不做指望了~

《三体》里的曲率驱动引擎

大刘在科幻巨著《三体》里给我们描述了一种超凡入圣的星际穿越方式:曲率驱动引擎。曲率驱动的概念是一些脑洞极大的科学家想出来的,它能在不违背相对论的前提下实现超光速飞行,《星际迷航》里以前也使用过这种方式。没办法,影视作品要拍,科幻小说要写,剧情需要必须在主人公活着的时候穿越到很远的星系里去,能挑出一些不违反科学定律又能实现目标的方式已经不容易了,谁还管你的脑洞大不大?总不能又被雷击中了在时空里到处穿越吧?

曲率驱动它的脑洞大到什么地步?一艘处于太空的飞船用某方式把它后面的一部分空间“熨平”, 减小这部分空间的曲率,那么飞船就会被前方曲率较大的空间拉过去。(其实它没想着直接把空间对折让两个地方的距离直接变近就不错了)

这就好比是宇宙大爆炸膨胀的时候,我虽然没有动,但是宇宙的膨胀带着我超光速往前走一样。我们宇宙的年龄只有138亿年,但是我们却能观测到460亿光年以外的东西,为什么?因为宇宙本身也在光明正大的超光速膨胀,这跟曲率驱动异曲同工。

然后,你用脚指头都能都能想象的出来,要实现这样的技术需要多大的能量。到了这种可以随意扭曲弯曲时空的程度,你哪里还是什么人类?你简直是上帝!

为什么大刘他们要在小说里引进这种漂得没边里的技术呢?因为好用啊。

曲率驱动可以绕过相对论的光速诅咒,名正言顺的超光速旅行,关键是它还没有任何副作用。诸如尺缩钟慢这种不良反应通通没有,这样就不会出现我飞到哪里去再回到基地的时候,基地里已经过去了一万年!真是科幻必备的良药啊!

今天就到这里吧,脑洞开得有点大,得去吃点核桃补补脑了~

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